JP7228471B2 - 電動機の界磁位置検出方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、上記検出方法は、モータコイルがスター結線用の界磁位置検出方法である。デルタ結線されたモータに三相コイルに三相センシングパルス(定電圧矩形波パルス)電圧を印加した場合、図3の丸印に示すように、ピークコイル電流のピーク電流値の判別がし難く、コイルの個体差やノイズなどの影響を受けやすいため、そのまま適用することができない。なお、本願ではスター結線をY結線、デルタ結線をΔ結線と記載している箇所がある。
永久磁石界磁を有する回転子とデルタ結線された三相コイルを有する固定子を備え、定電圧直流電源を供給して120°矩形波通電により始動する電動機の界磁位置検出方法であって、三相ハーフブリッジ型インバータ回路を介して二相コイルに通電する出力手段と、二相コイルに正方向通電及び逆方向通電の合計6通りの通電パターンと各通電パターンに対応する120°通電の励磁切り替え区間を指定する界磁位置情報を記憶し、上位コントローラからの回転指令に応じて前記出力手段をスイッチング制御して励磁状態を切り替える制御手段と、前記出力手段の接地側端子と接続しコイル電流値を測定可能なA/Dコンバータ手段と、を備え、前記二相コイルに対するセンシング通電直前に前記出力手段の出力をすべて遮断しすべてのコイルに蓄積されたコイル蓄積エネルギーを放出させてコイル電流ゼロ状態とする通電オフステップと、デルタ結線された前記三相コイルのうち二相コイルを測定対象として、前記制御手段は6通りの通電パターンから順次一つを選択し定電圧矩形波パルスを所定のセンシング通電時間だけ印可し、前記A/Dコンバータ手段によりセンシング通電終了直前のピークコイル電流値を測定して測定データとして記憶する測定ステップと、前記測定対象となる二相コイルに対する正方向通電パターンに続いて逆方向通電パターンを選択し、残る二相コイルの組み合わせについても正方向通電パターンに続いて逆方向通電パターンを選択し合計6通電パターンについて通電オフとセンシング通電によるピークコイル電流値の測定を繰り返し、各センシング通電終了直前のピークコイル電流値を測定して測定データとして記憶するステップと、前記制御手段は、6通電パターンの測定データのうち測定値が最大となる通電パターンを選択し、最大通電パターンに対応する前記界磁位置情報から永久磁石界磁位置を特定することを特徴とする。
これにより、最大通電パターンに次ぐ2番目に多く流れた通電パターンを検出することで電気角30°ピッチで回転子位置をより細かく判別することができる。
従来の大電流低周波数のサイン波通電に比べ本案は短時間の矩形波パルスを印可するため、電流波形は鋸波となり投入エネルギーを抑制でき、また急速にエネルギーを放出する期間を設けることとあいまって初期位置検出時間を1ms程度と大幅に短縮することができる。
センシング通電を同一二相コイルにて正方向通電・逆方向通電と連続して行うことでセンシング通電による微振動を打ち消し、それにより測定誤差が低減され高精度測定ができる。
永久磁石界磁極性によるインダクタンス変化を検出することから従来は位置検出が困難であった突極比が小さくリラクタンス変化がほとんどない表面磁石型モータやスロットレスモータでも位置検出でき、各種の幅広い範囲のセンサレスモータあるいはリニアアクチュエータについて、静止時の永久磁石界磁位置を電気角60°または電気角30°単位で特定することができる。
モータ駆動電圧に無関係に数Vの低電圧領域で測定でき、測定回路は低電圧回路で構成でき複雑な位置推定演算も不要である。よってハード・ソフトの両面からローコストな駆動回路を実現できる。
さらに始動時の低速回転域に本案を適用することでクローズドループ制御により誘起電圧を検出可能な回転数まで立ち上げる事ができる。また、過負荷あるいは停止位置にて静止した場合でも励磁を継続でき脱調を防止できる。さらに正逆回転が可能なことから従来のセンサレス駆動では不可能であった突き当て停止を含む往復運動にも使用することができる。
始動時の駆動方式としては120°通電バイポーラ矩形波励磁を想定している。
MOTORは三相センサレスモータである。MPUはマイクロプロセッサ51(制御手段)である。MPU51は、三相コイル(U,V,W)に対する6通りの通電パターンと各通電パターンに対応する120°通電の励磁切り替え区間(区間1~区間6)を指定する界磁位置情報を記憶し、上位コントローラ50からの回転指令に応じて出力手段をスイッチング制御して励磁状態を任意に切り替える。
コイルに定電圧パルスを印可した時の電流は次式で上昇する。
I(t)=(L/R)・(1-e(-t・R/L))
但し、Iはコイル電流、Lはコイルインダクタンス、Rはコイル抵抗
図6にてコイルに定電圧矩形波パルスを印可したときの電流波形模式図を示す。
ここでコイル抵抗Rは一定でありピーク電流値I(t)を所定値とすれば通電開始t0からピーク電流値I(t)に到達するまでの到達時間tはインダクタンスLを反映する。或いは、パルス時間tを所定値とすれば、ピーク電流値I(t)はインダクタンスLを反映する。
図2に示すように、コイル電流がピーク電流値となる最大の通電パターンは120°通電の励磁区間である60°ピッチで切り替わる。従ってピーク電流値となる最大の通電パターンが判れば一義的に回転子位置が決定でき、120°通電にてモータを始動することができる。最大ピーク電流通電パターンと界磁位置情報の関係は表2の最大通電パターンと同一である。
Claims (4)
- 永久磁石界磁を有する回転子とデルタ結線された三相コイルを有する固定子を備え、定電圧直流電源を供給して120°矩形波通電により始動する電動機の界磁位置検出方法であって、
三相ハーフブリッジ型インバータ回路を介して二相コイルに通電する出力手段と、
二相コイルに正方向通電及び逆方向通電の合計6通りの通電パターンと各通電パターンに対応する120°通電の励磁切り替え区間を指定する界磁位置情報を記憶し、上位コントローラからの回転指令に応じて前記出力手段をスイッチング制御して励磁状態を切り替える制御手段と、
前記出力手段の接地側端子と接続し、コイル電流値を測定可能なA/Dコンバータ手段と、を備え、
前記二相コイルに対するセンシング通電直前に前記出力手段の出力をすべて遮断しすべてのコイルに蓄積されたコイル蓄積エネルギーを放出させてコイル電流ゼロ状態とする通電オフステップと、
デルタ結線された前記三相コイルのうち二相コイルを測定対象として、前記制御手段は6通りの通電パターンから順次一つを選択し定電圧矩形波パルスを所定のセンシング通電時間だけ印可し、前記A/Dコンバータ手段によりセンシング通電終了直前のピークコイル電流値を測定して測定データとして記憶する測定ステップと、
前記測定対象となる二相コイルに対する正方向通電パターンに続いて逆方向通電パターンを選択し、残る二相コイルについても正方向通電パターンに続いて逆方向通電パターンを選択し合計6通電パターンについて通電オフとセンシング通電によるピークコイル電流値の測定を繰り返し、各センシング通電終了直前のピークコイル電流値を測定して測定データとして記憶するステップと、を含み、
前記制御手段は、6通電パターンの測定データのうち測定値が最大となる通電パターンを選択し、最大通電パターンに対応する前記界磁位置情報から永久磁石界磁位置を特定することを特徴とする電動機の界磁位置検出方法。 - 前記制御手段は、前記ピークコイル電流値が最大となる通電パターンに次いで電流値が大きい通電パターンを特定することで電気角30°単位で永久磁石界磁位置を特定する請求項1記載の電動機の界磁位置検出方法。
- 永久磁石界磁を有する回転子が始動した後、現在区間及び回転方向に隣接する区間に対応する2個の通電パターンについてセンシングを行い、双方の測定データの大小比較により次に出現する励磁区間境界点を検出する請求項1又は請求項2記載の電動機の界磁位置検出方法。
- 永久磁石界磁を有する回転子が始動した後、現在区間及び正転方向及び逆転方向に隣接する区間に対応する3個の通電パターンについてセンシングを行い、それぞれの測定データの大小比較により次に出現する励磁区間境界点を検出し回転方向も判別する請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項記載の電動機の界磁位置検出方法。
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